- •Им. В.И. Ульянова (Ленина)» (сПбГэту)
- •210400.68 -" Радиотехника"
- •Глоссарий
- •Список основных сокращений
- •1. Основы теории магнитного резонанса
- •1.1. Понятие о магнитном резонансе
- •1.2. Уравнения Блоха
- •1.3 Вопросы для самопроверки
- •2. Спиновое эхо
- •2.1. Возбуждение спиновой системы дельтаобразными импульсами
- •2.2. Двухимпульсный режим возбуждения
- •Составляющие поперечной компоненты вектора намагниченности
- •2.3. Трехимпульсный режим возбуждения
- •2.4. Решение уравнений Блоха при возбуждении сложными сигналами
- •2.5. Вопросы для самопроверки
- •3. Спиновые процессоры
- •3.1. Алгоритмы обработки сигналов в спиновых эхо- процессорах
- •3.2. Характеристики и параметры спиновых процессоров
- •Параметры процессоров на основе фазированного эха
- •3.3 Подавление паразитных сигналов
- •Экспериментальные результаты и их обсуждение
- •3.4 Вопросы для самопроверки
- •4. Нелинейное эхо и его применения
- •4.1 Применение спиновых процессоров в радиотехнических системах
- •4.2 Нелинейные эхо-явления
- •4.3. Интроскопия ямр
- •4.5. Вопросы для самопроверки
Экспериментальные результаты и их обсуждение
Исследовалось влияние нерезонансного импульсного магнитного поля на спиновое эхо от ядер 59Co в тонких магнитных пленках поликристаллического кобальта. Поле наведенной анизотропии Hk 2000 А/м. Толщина слоя 1000 . Поле h ориентировано перпендикулярно оси легкого намагничивания (ОЛН) пленки и параллельно возбуждающему полю (рис. 3.26, а). В приведенных экспериментах определялась зависимость амплитуды эхо-сигналов от длительности, амплитуды и формы нерезонансного магнитного поля. На рис. 3.26, б представлена временная диаграмма импульсов возбуждения двухимпульсного эха и дополнительный видеоимпульс магнитного поля h1=h длительностью 1=. На рис. 3.27 представлена экспериментальная зависимость коэффициента подавления K3, соответствующего (3.16), от длительности прямоугольного импульса 1 при различных значениях h1 для двухимпульсного эха 1-2 (n=3). Здесь же для сравнения эффективности подавления эхо-откликов в пленочных и массивных средах представлена характеристика подавления, соответствующая порошковому кобальту (нижняя кривая). Как видно из представленных графиков, для одинакового подавления в пленочных средах требуется создать видеоимпульсы магнитного поля с напряженностью магнитного поля в 40 раз меньшей, нежели в порошковом материале. Это еще одно преимущество тонкопленочных сред при их использовании в качестве рабочих сред спиновых процессоров по сравнению с массивными средами.
Если ограничиться в дальнейшем квадратичной аппроксимацией =2 в (3.9) для hi Hk, то для двухимпульсного эха n=3 будем иметь в соответствии с (3.11), (3.13) и табл. 3.2 выражения:
(3.18)
(3.19)
Если импульсы прямоугольные и имеют длительности i,то выражения (3.18) и (3.19) переходят в соотношения:
а
б
Рис. 3.26. Тонкая магнитная пленка с ориентацией магнитных полей (а) и временная диаграмма импульсов возбуждения первичного эха и дополнительного видеоимпульса магнитного поля h1=h длительностью 1= (б)
Из (3.17)- (3.19) следует, что амплитуда двухимпульсного эха не зависит от нерезонансного импульсного магнитного поля, если импульсы h1 и h2 идентичны. Если же импульсы имеют одинаковую площадь 13=0, 230, то амплитуда эха уменьшается по сравнению с исходной, что наблюдается
Рис. 3.27. Характеристики подавления K3 от длительности прямоугольного импульса 1= при различных значениях h1=h для двухимпульсного эха 1-2 (n=3) в процессоре на основе тонких магнитных пленок кобальта (нижняя кривая относится к порошковому кобальту
экспериментально. В то же время в рамках линейной аппроксимации амплитуда эха не должна уменьшаться. В представленном на рис. 3.26 случае h2=0, а 12=0, 22=0, 11=h11, 21=h121. Таким образом, спад амплитуды двухимпульсного эха определяется согласно (3.15) модулем характеристической функции .
Если вместо импульса h1 подать импульс h2, идентичный импульсу h1, то в силу того, что 12=11 и 22=21, а амплитуда эха будет такой же, как и в предыдущем случае.
На рис. 3.28 представлена временная диаграмма возбуждения двухимпульсного эха, а на рис. 3.29 экспериментальная зависимость коэффициента подавления K3 двухимпульсного эха от длительности импульса при различных значениях h для случая, когда импульс h1 представляет собой два разнесенных во времени разнополярных прямоугольных импульса с параметрами h11=- h12= h и 11=12=.
В этом случае, согласно (3.18), (3.19), 13=0, а 23=-2h2. Коэффициент подавления определяется модулем характеристической функции , где - одномерная характеристическая функция, соответствующая одномерной функции распределения . В рассматриваемом случае одинаковые коэффициенты имеют место при h2 = const. Отметим, что в данном эксперименте происходит компенсация фазовых набегов, вызванных нечетными членами суммы в (3.12). Следует заметить, что в условиях линейной аппроксимации в данном эксперименте амплитуда
Рис. 3.28. Временная диаграмма возбуждения двухимпульсного эха для случая, когда импульс h1 представляет собой два разнесенных во времени разнополярных прямоугольных импульса с параметрами h11=- h12= h и 11=12=
Рис. 3.29. Характеристики подавления K3 при h11=-h12=h и 11= 12 =
двухимпульсного эха не должна меняться. Следовательно, предположение о нелинейном характере изменения сдвига частоты является правомерным.
На рис. 3.30 представлена временная диаграмма возбуждения двухимпульсного эха, а на рис. 3.31 экспериментальная зависимость коэффициента подавления K3 от длительности импульса при различных значениях h в случае, когда импульсы h1 и h2 являются прямоугольными импульсами разной полярности так, что h1=- h2= h и 1=2=. При этом, в соответствии с (3.18) и (3.19), 13=-2h, а 23=0. Коэффициент подавления определяется модулем характеристической функции , где -одномерная характеристическая функция, соответствующая распределению . В данном случае равные коэффициенты подавления имеют место при одинаковых площадях h = const. В отличие от предыдущего случая в данном эксперименте происходит компенсация фазовых набегов, вызванных четными членами суммы (3.12).
Таким образом, изменение полярности импульса h2 на противоположную не только не приводит к восстановлению амплитуды двухимпульсного эха, но и увеличивает коэффициент подавления по сравнению со случаем, представленным на рис. 3.9.
Изменяя форму нерезонансного импульсного магнитного поля, его амплитуду и длительность можно получать вид в различных сечениях.
Очевидно, что при больших коэффициентах подавления в случае, представленном на рис. 3.11 и 3.12, сигнал эха формируется от ядер с линейным законом изменения частоты, поскольку квадратичный член вызывает расфазировку. Этими ядрами могут быть ядра, находящиеся в центре доменных границ.
Рис. 3.30. Временная диаграмма возбуждения двухимпульсного эха для случая, когда импульсы h1 и h2 являются прямоугольными импульсами разной полярности так, что h1=- h2= h и 1=2=.
Рис. 3.31. Характеристики подавления K3 при h1=-h2=h и 1= 2 =
Для трехимпульсного эха (n=6), согласно (3.14) и табл. 3.3, при квадратичной аппроксимации имеют место соотношения:
16=13-11; 26=23-21.
В частности, если импульсы прямоугольные, то 16= h33- h11; 26= h323- h121. Таким образом, влияние импульсов h1 и h3 на амплитуду трехимпульсного эха аналогично влиянию импульсов h1 и h2 на амплитуду двухимпульсного эха. Амплитуда трехимпульсного эха не зависит в рамках данной теории от импульса h2, так как между вторым и третьим импульсами возбуждения информация о трехимпульсном эхо хранится в продольных компонентах вектора намагниченности и потери когерентности не происходит. Экспериментально наблюдалась слабая зависимость амплитуды трехимпульсного эха от импульса h2. Максимальное уменьшение амплитуды составляло ~ 2.5 дБ при h2=300 А/м и 2=6 мкс. При меньших значениях h2 и 2 спад амплитуды был еще меньше.
С помощью нерезонансного импульсного магнитного поля может быть выделен любой тип отклика за счет подавления остальных. Для этого необходимо выполнить условия 1n=2n=0. В частности, для выделения трехимпульсного эха (рис. 3.25) необходимо подать три импульса h1, h2 и h3, при этом импульсы h1 и h3 должны быть одинаковыми. Параметрами, формой и полярностью импульса h2 можно варьировать.
При увеличении h до значений, соизмеримых с полем наведенной анизотропии, следует учитывать более высокую степень аппроксимации, нежели квадратичная.
Следует подчеркнуть, что эффективность подавления нежелательных откликов не зависит от формы сигналов возбуждения. Поэтому полученные в режиме возбуждения дельтаобразными импульсами результаты распространяются на любые алгоритмы обработки сигналов в спиновых процессорах на основе магнитоупорядоченных сред, в том числе и на алгоритмы согласованной и субоптимальной фильтрации.